DE60217220T2 - Strategy for the reforming of diesel - Google Patents

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Description

Hintergrundbackground

Alternative Transportkraftstoffe haben sich als Mittel erwiesen, die in der Lage sind, giftige Emissionen im Vergleich zu jenen, die durch herkömmliche Kraftstoffe erzeugt werden, zu verringern. Gleichzeitig haben schärfere Abgasnormen und eine deutliche Innovation von Katalysatorformulierungen und Motorsteuerungen zu dramatischen Verbesserungen in dem Vermögen eines niedrigen Schadstoffausstoßes und der Robustheit von Benzin- und Dieselmotorsystemen geführt. Dies hat zweifellos den ökologischen Unterschied zwischen optimierten herkömmlichen und alternativen Kraftstofffahrzeugsystemen reduziert. Es bleiben jedoch viele technische Herausforderungen, um den auf herkömmliche Weise mit Kraftstoff versorgten Verbrennungsmotor zu einem System mit beinahe null Schadstoffausstoß zu machen, das den notwendigen Wirkungsgrad aufweist, um das Fahrzeug wirtschaftlich brauchbar zu machen.alternative Transport fuels have proven to be effective in the Are capable of toxic emissions compared to those produced by conventional Fuels are generated to reduce. At the same time have stricter emission standards and a clear innovation of catalyst formulations and Motor controls to dramatic improvements in the assets of a low pollutant emissions and the robustness of gasoline and diesel engine systems. This undoubtedly has the ecological Difference between optimized conventional and alternative fuel vehicle systems reduced. However, many technical challenges remain to the conventional Way fueled combustion engine to a system with almost zero pollutant emissions that make the necessary Efficiency to make the vehicle economically useful close.

Alternative Kraftstoffe decken ein breites Spektrum potenzieller Vorteile für die Umwelt ab, die von schrittweisen Verbesserungen von giftigen und Kohlendioxid(CO2)-Emissionen (neu formuliertes Benzin, Alkohole, etc.) bis zu signifikanten Verbesserungen von giftigen und CO2-Emissionen (Erdgas etc.) reichen. Wasserstoff ist offensichtlich der umweltfreundlichste Kraftstoff und besitzt das Potenzial als ein nahezu schadstofffreier Kraftstoff (einschließlich CO2, wenn er von einer nicht fossilen Quelle stammt) für einen Verbrennungsmotor.Alternative fuels cover a wide range of potential environmental benefits ranging from gradual improvements in toxic and carbon dioxide (CO 2 ) emissions (reformulated gasoline, alcohols, etc.) to significant improvements in toxic and CO 2 emissions (natural gas etc.). Hydrogen is obviously the most environmentally friendly fuel and has the potential to be an almost pollutant-free fuel (including CO 2 if it comes from a non-fossil source) for an internal combustion engine.

Die Automobilindustrie hat sehr beträchtliche Fortschritte bei der Reduktion von Automobilemissionen gemacht. Dies resultierte in bestimmten zusätzlichen Kosten und Komplexität von Motormanagementsystemen, wobei, diese Kosten jedoch durch andere Vorteile von Computersteuerungen: erhöhte Leistungsdichte, Kraftstoffersparnis, Fahrverhalten, Verlässlichkeit und Echtzeitdiagnostik kompensiert werden.The Automotive industry has made considerable progress made in the reduction of automobile emissions. This resulted in certain additional Cost and complexity of engine management systems, whereby, however, these costs by others Advantages of computer controls: increased power density, fuel economy, Driving behavior, reliability and real-time diagnostics are compensated.

Zukünftige Initiativen, Fahrzeuge mit null Emissionen zu fordern, scheinen uns in ein neues gesetzliches Paradigma zu bringen, wo asymptotisch kleinere Vorteile für die Umwelt sehr hohe Mehrkosten bedingen. Jedoch kann selbst ein Fahrzeug mit zertifiziertem „ultraniedrigem Schadstoffausstoß" unter begrenzten, extremen Umgebungs- und Betriebsbedingungen oder mit gestörten oder beschädigten Komponenten einen hohen Schadstoffausstoß aufweisen.Future initiatives, Demanding vehicles with zero emissions seem to us a new one bring legal paradigm where asymptotically smaller benefits for the Environment very high additional costs. However, even a vehicle can with certified "ultra-low Pollutant emissions "under limited, extreme environmental and operating conditions or with disturbed or damaged components have a high pollutant emissions.

Ein Ansatz, der auf das Problem von Emissionen gerichtet ist, besteht in der Verwendung von Brennstoffzellen. Eine Brennstoffzelle ist eine Energieumwandlungsvorrichtung, die Elektrizität und Wärme erzeugt, indem sie einen gasförmigen Brennstoff wie z. B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder einen Kohlenwasserstoff und ein Oxidationsmittel wie z. B. Luft oder Sauerstoff über einen Ionen leitenden Elektrolyten elektrochemisch kombiniert. Die Brennstoffzelle wandelt chemische Energie in elektrische Energie um. Eine Brennstoffzelle besteht allgemein aus zwei Elektroden, die an entgegengesetzten Seiten eines Elektrolyten positioniert sind. Das Oxidationsmittel strömt über die Sauerstoffelektrode (Kathode), während der Brennstoff über die Brennstoffelektrode (Anode) strömt, wodurch Elektrizität, Wasser und Wärme erzeugt wird. Es gibt verschiedene Arten von Brennstoffzellen, umfassend Protonen-Austauschmem-bran(PEM)-Brennstoffzellen und Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC).One Approach aimed at the problem of emissions exists in the use of fuel cells. A fuel cell is an energy conversion device that generates electricity and heat, by making a gaseous Fuel such. As hydrogen, carbon monoxide or a hydrocarbon and an oxidizing agent such as. As air or oxygen over a Ion-conducting electrolyte combined electrochemically. The fuel cell converts chemical energy into electrical energy. A fuel cell generally consists of two electrodes, the opposite Sides of an electrolyte are positioned. The oxidizing agent flows over the Oxygen electrode (cathode) while the fuel over the fuel electrode (anode) flows, causing electricity, water and Generates heat becomes. There are several types of fuel cells, including Proton Austauschmem-bran (PEM) fuel cells and solid oxide fuel cells (SOFC).

In einer SOFC strömt ein Brennstoff zur Anode, wo er durch Sauerstoffionen von dem Elektrolyten oxidiert wird und Elektronen erzeugt, die an den äußeren Kreis freigesetzt werden, und hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid erzeugt, die in dem Brennstoffstrom entfernt werden. An der Kathode nimmt das Oxidationsmittel Elektronen von dem äußeren Kreis auf, um Sauerstoffionen zu bilden. Die Sauerstoffionen wandern über den Elektrolyten zur Anode. Der Fluss von Elektronen durch den äußeren Kreis stellt eine verbrauchbare oder speicherbare Elektrizität bereit. Allerdings erzeugt jede einzelne elektrochemische Zelle eine relativ geringe Spannung. Höhere Spannungen werden erzielt, indem eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen in Reihe geschaltet wird, um einen Stapel zu bilden.In a SOFC flows a fuel to the anode where it is replaced by oxygen ions from the electrolyte is oxidized and generates electrons, which are connected to the outer circle be released, and mainly water and generates carbon dioxide which is removed in the fuel stream. At the cathode, the oxidant takes electrons from the outer circle to form oxygen ions. The oxygen ions migrate over the Electrolytes to the anode. The flow of electrons through the outer circle represents a consumable or storable electricity ready. However generated every single electrochemical cell has a relatively low voltage. higher Voltages are achieved by a variety of electrochemical Cells are connected in series to form a stack.

Die Verwendung herkömmlicher Kraftstoffe (d. h., Benzin, Diesel) in einer Brennstoffzelle beschädigt die Brennstoffzelle aufgrund der Ablagerung von Kohlenstoff (oder Ruß). Daher sind typische Kraftstoffquellen für Brennstoffzellen Reformate, d.h., eine Form von reinem Wasserstoff, der aus einem Kohlenwasserstoffkraftstoff erzeugt wird, der in einem Reformer verarbeitet wird. Typischerweise werden drei Arten von Reformertechnologien verwendet (Dampfreformer, Trockenreformer und Reformer mit partieller Oxidation), um einen Kohlenwasserstoffkraftstoff (Methan, Propan, Erdgas, Benzin etc.) unter achtsamer Verwendung von Wasser, Kohlendioxid und Sauerstoff zu Wasserstoff umzuwandeln, wobei Nebenprodukte demgemäß Kohlendioxid und Kohlenmonoxid umfassen. Diese Reformer arbeiten bei hohen Temperaturen (z. B. etwa 800°C oder größer). Bei einer Dampfreformierung wird ein Alkohol wie z. B. Methanol oder Ethanol oder ein Kohlenwasserstoff wie z. B. Methan, Benzin oder Propan mit Dampf über einem Katalysator zur Reaktion gebracht. Die Dampfreformierung benötigt erhöhte Temperaturen und erzeugt hauptsächlich Wasserstoff und Kohlendioxid. Einige Spurenmengen von nicht umgesetzten Reaktanden und Spurenmengen von Nebenprodukten wie z. B. Kohlenmonoxid resultieren ebenfalls aus einer Dampfreformierung.The use of conventional fuels (ie, gasoline, diesel) in a fuel cell damages the fuel cell due to the deposition of carbon (or soot). Therefore, typical fuel sources for fuel cells are reformates, that is, a form of pure hydrogen that is produced from a hydrocarbon fuel that is being processed in a reformer. Typically, three types of reformer technologies are used (steam reformer, dry reformer, and partial oxidation reformer) to convert a hydrocarbon fuel (methane, propane, natural gas, gasoline, etc.) to careful use of water, carbon dioxide, and oxygen to hydrogen, with byproducts accordingly being carbon dioxide and Include carbon monoxide. These reformers operate at high temperatures (eg, about 800 ° C or greater). In a steam reforming, an alcohol such. For example, methanol or ethanol or a hydrocarbon such. For example, methane, gasoline or propane with steam over a catalyst reacted. Steam reforming requires elevated temperatures and produces primarily hydrogen and carbon dioxide. Some trace amounts of unreacted reactants and trace amounts of byproduct such as As carbon monoxide also result from a steam reforming.

Die Reformierung eines Kraftstoffs beinhaltet allgemein die Umwandlung eines Kohlenwasserstoffkraftstoffs in getrennte Komponenten wie z. B. Wasserstoff, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Im Allgemeinen werden leichtere Kohlenwasserstoffe wie z. B. Methan, Ethan und Benzin einfacher reformiert. Schwerere Kohlenwasserstoffkraftstoffe wie z. B. Diesel sind auf Grund ihrer Tendenz, sich vor einer vollständigen Verdampfung teilweise aufzuspalten, naturgemäß schwieriger zu reformieren. Somit ist die rückgewinnbare Menge an Wasserstoff oder Kohlenmonoxid geringer als bei leichteren Kohlenwasserstoffkraftstoffen. Auch weist Dieselkraftstoff einen hohen Schwefelgehalt auf, der eine Brennstoffzelle vergiften kann oder wegen der Erzeugung von Schwefeloxiden in einer Umweltverschmutzung resultieren kann. Ein SOFC-System, das Dampfvorreformer verwendet, damit ca. 5 bis 20% eines Kohlenwasserstoffkraftstoffes adiabatisch zu Methan, Wasserstoff und Oxide des Kohlenstoffs dampfreformiert werden, ist in der US-A-5 554 454 offenbart.The Reforming a fuel generally involves the conversion of a hydrocarbon fuel into separate components such as z. As hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide. In general are lighter hydrocarbons such. For example, methane, ethane and Gasoline reformed easier. Heavier hydrocarbon fuels such as B. Diesel are due to their tendency to evaporate completely partially split, naturally more difficult to reform. Thus, the recoverable Amount of hydrogen or carbon monoxide less than lighter ones Hydrocarbon fuels. Also, diesel fuel has one high sulfur content that can poison a fuel cell or because of the production of sulfur oxides in an environmental pollution can result. An SOFC system that uses steam pre-reformer Thus, about 5 to 20% of a hydrocarbon fuel adiabatic to steam, methane, hydrogen and oxides of carbon is disclosed in US-A-5 554 454.

ZusammenfassungSummary

Die vorliegende Erfindung ist in ihren verschiedenen Aspekten in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt.The The present invention is in its various aspects in the accompanying claims explained.

Die Unzulänglichkeiten und Nachteile des Standes der Technik werden durch die Dieselkraftstoffreformierungsstrategie überwunden.The shortcomings and disadvantages of the prior art are overcome by the diesel fuel reforming strategy.

Ein Verfahren zur Verwendung eines Dieselreformierungssystems wird offenbart. Das Verfahren umfasst, dass Dieselkraftstoff an eine Vorrichtung für fraktionelle Destillation geliefert wird. Der Dieselkraftstoff wird fraktionell destilliert, um einen Leichtkraftstoffstrom und einen Schwerkraftstoffstrom zu erzeugen. Der Leichtkraftstoffstrom wird in einem Reformer reformiert, um ein Reformat zu erzeugen.One Method of using a diesel reforming system is disclosed. The method includes supplying diesel fuel to a device for factional Distillation is delivered. The diesel fuel becomes fractional distilled to a light fuel stream and a heavy fuel stream to create. The light fuel flow is reformed in a reformer, to create a reformat.

Auch ein Dieselkraftstoffreformierungssystem wird offenbart. Das Dieselkraftstoffreformierungssystem umfasst eine Vorrichtung für fraktionelle Destillation in Fluidverbindung mit einer Lieferung von Dieselkraftstoff. Ein Reformer steht in Fluidverbindung mit der Vorrichtung für fraktionelle Destillation. Ein Brennstoffzellenstapel steht in Fluidverbindung mit dem Reformer.Also a diesel fuel reforming system is disclosed. The diesel fuel reforming system includes a device for fractional distillation in fluid communication with a supply of Diesel fuel. A reformer is in fluid communication with the Device for fractional distillation. A fuel cell stack is in fluid communication with the reformer.

Ein Verfahren zur Verwendung eines Brennstoffzellensystems wird offenbart. Das Verfahren umfasst, dass Dieselkraftstoff an eine Vorrichtung für fraktionelle Destillation geliefert wird. Der Dieselkraftstoff wird fraktionell destilliert, um einen Leichtkraftstoffstrom und einen Schwerkraftstoffstrom zu erzeugen. Der Leichtkraftstoffstrom wird in einem Reformer reformiert, um ein Reformat zu erzeugen. Das Reformat wird in einem Brennstoffzellenstapel verwendet, um Elektrizität zu erzeugen.One Method of using a fuel cell system is disclosed. The method includes supplying diesel fuel to a device for factional Distillation is delivered. The diesel fuel becomes fractional distilled to a light fuel stream and a heavy fuel stream to create. The light fuel flow is reformed in a reformer, to create a reformat. The reformate is in a fuel cell stack used to electricity to create.

Ein Brennstoffzellensystem zur Reformierung von Dieselkraftstoff wird ebenfalls offenbart. Das System umfasst ein Mittel zur fraktionellen Destillation einer Lieferung von Dieselkraftstoff, um einen Leichtkraftstoffstrom und einen Schwerkraftstoffstrom zu erzeugen. Ein Mittel zur Reformierung des Leichtkraftstoffstroms wird verwendet, um ein Reformat zu erzeugen, sodass das Mittel zur Reformierung in Fluidverbindung mit dem Mittel für fraktionelle Destillation angeordnet ist. Ein Mittel zum Erzeugen von Elektrizität aus dem Reformat ist in Fluidverbindung mit dem Mittel zur Reformierung angeordnet.One Fuel cell system for the reforming of diesel fuel is also disclosed. The system includes a fractional means Distillation of a supply of diesel fuel to a light fuel stream and to generate a heavy fuel flow. A means of reforming the Light fuel flow is used to produce a reformate so that the reforming agent is in fluid communication with the agent for factional Distillation is arranged. A means for generating electricity from the Reformate is in fluid communication with the reforming agent arranged.

Die oben beschriebenen und weitere Merkmale sind durch die nachfolgenden Fig. und die detaillierte Beschreibung beispielhaft erläutert.The described above and other features are given by the following Fig. And the detailed description exemplified.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenSummary the drawings

Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Fig., die beispielhaft und nicht einschränkend sein soll, istUnder now referring to the figures, which are exemplary and not restrictive is supposed to be

1 eine perspektivische Darstellung einer beispielhaften Dieselkraftstoffreformierungsstrategie. 1 a perspective view of an exemplary diesel fuel reforming strategy.

Detaillierte Beschreibungdetailed description

Ein Brennstoffzellensystem kann mit einem Motor verwendet werden, um ein Fahrzeug anzutreiben. Die von dem Motor und der Brennstoffzelle erzeugte Leistung kann ein Fahrzeug antreiben, wie auch Elektrizität und Wärme für die Zusatzsysteme bereitstellen. Um diese Leistung zu erzeugen, muss eine Brennstoffzelle mit einem Brennstoff geliefert werden. Im Allgemeinen werden Leichtkraftstoffe an einen Reformer geliefert, um einen Brennstoff zu erzeugen, der in der Brennstoffzelle verwendet werden kann (allgemein als ein „Reformat" bekannt). Um ein Reformat aus Dieselkraftstoff herzustellen, kann der Dieselkraftstoff fraktionell destilliert werden, um einen stabilen Leichtkraftstoffdampfstrom und einen Schwerkraftstoffstrom zu erzeugen. Der Leichtkraftstoffdampfstrom wird dann in einem Reformer verarbeitet, um ein Reformat zu erzeugen, das zur Verwendung in einer Brennstoffzelle geeignet ist. Die hierin beschriebene Dieselreformierungsstrategie für ein Brennstoffzellensystem ist für ein beliebiges Brennstoffzellensystem, einschließlich SOFC-Systeme und PEM-Brennstoffzellensysteme, geeignet.One Fuel cell system can be used with a motor to to drive a vehicle. That of the engine and the fuel cell generated power can power a vehicle as well as provide electricity and heat to the auxiliary systems. To produce this power, a fuel cell with a Fuel to be delivered. In general, light fuels supplied to a reformer to produce a fuel that can be used in the fuel cell (commonly known as a "reformate") from diesel fuel, the diesel fuel can be fractional be distilled to a stable light fuel vapor stream and to generate a heavy fuel flow. The light fuel vapor stream is then processed in a reformer to produce a reformate which is suitable for use in a fuel cell. The herein described diesel reforming strategy for a fuel cell system is for any fuel cell system, including SOFC systems and PEM fuel cell systems, suitable.

Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Vorrichtung zur Herstellung eines Reformats aus Dieselkraftstoff eine Vorrichtung 10 für fraktionelle Destillation und einen Reformer 20. Die Vorrichtung 10 für fraktionelle Destillation destilliert einen Kraftstoff 12 wie z. B. Diesel in einen Leichtkraftstoffdampfstrom 14 und einen Schwerkraftstoffstrom 16. Ein Reformer 20 erzeugt ein Reformat 22, sodass der Reformer 20 derart eingerichtet ist, dass er den Leichtkraftstoffdampfstrom 14 aufnimmt. Mögliche Kraftstoffe, die verarbeitet werden können, umfassen handelsübliche Dieselkraftstoffe, militärische Dieselkraftstoffe, Dieselverschnittkraftstoffe, die einen höheren „Vorlaufanteil" (z. B. Diesel, der mit Naphtha, Kerosin oder Methanol verschnitten ist) als normal enthalten und ähnliche Kraftstoffe.With reference to 1 For example, the device for producing a reformate from diesel fuel comprises a device 10 for fractional distillation and a reformer 20 , The device 10 for fractional distillation distilling a fuel 12 such as B. diesel in a light fuel vapor stream 14 and a heavy fuel stream 16 , A reformer 20 creates a reformat 22 so the reformer 20 is set up so that it the light fuel vapor stream 14 receives. Possible fuels that can be processed include commercial diesel fuels, military diesel fuels, diesel cutting fuels that contain a higher "flow rate" (eg, diesel blended with naphtha, kerosene, or methanol) than normal, and similar fuels.

Beim Gebrauch würde der Dieselkraftstoff in die Vorrichtung für fraktionelle Destillation eingeführt werden, wo die Komponenten mit verschiedenen Siedepunkten von einem flüssigen Gemisch getrennt werden, indem der Dieselkraftstoff erhitzt und die Flüssigkeit verdampft wird. Der Dampf wird dann durch eine Fraktioniersäule geleitet. Eine fraktionelle Destillation kann mit Hilfe von Verfahren durchgeführt werden, die im Stand der Technik gut bekannt sind.At the Use would the diesel fuel into the fractional distillation apparatus be introduced where the components with different boiling points of a liquid mixture be separated by heating the diesel fuel and the liquid is evaporated. The vapor is then passed through a fractionating column. A fractional distillation can be carried out by means of methods which are well known in the art.

Um einen Kraftstoffstrom zu erhalten, der zu dem Reformer eines Brennstoffzellensystems geführt werden kann, wird die Lieferung von Dieselkraftstoff fraktionell destilliert. Der Dieselkraftstoff wird auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um ein Sieden zu bewirken, z. B. für einige Dieselkraftstoffe auf eine Temperatur von etwa 260°C. Der Dieselkraftstoff kann elektrisch erhitzt werden, z. B. mit Wärmetauscherspulen oder durch einen Strom von erhitztem Öl, Kühlmittel, Prozessgasen oder dergleichen. Der erhitzte Dieselkraftstoff siedet, was in Flüssigkeiten und Dämpfen resultiert, die in zwei Türme ausgetragen werden, die die Flüssigkeiten und Dämpfe gemäß ihrem/n Gewicht und Siedepunkten in Fraktionen trennen. Die leichteren Fraktionen verdampfen und steigen zum oberen Teil des Turms auf, wo die Fraktionen zu Flüssigkeiten zurück kondensieren und aufgefangen werden, während sich die schwereren Fraktionen in Richtung des Bodens des Turms absetzen. Dieselkraftstoff besteht aus Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von etwa C8 bis etwa Co. Bei einer fraktionellen Destillation umfasst das Destillat, das die Leichtkraftstoffdampffraktion (oder den Leichtkraftstoffstrom) 14 enthält, im Allgemeinen stabile Kraftstoffdämpfe der flüchtigeren Verbindungen mit einer Kohlenstoffanzahl von weniger als etwa C14 und besitzt Siedepunkte von weniger als etwa 250°C. Annähernd zwei Drittel des zum Sieden gebrachten Dieselkraftstoffs werden zu dem Leichtkraftstoffstrom (d. h., einem Leichtdieselkraftstoff). Das Destillat, das die Schwerkraftstofffraktion (oder den Schwerkraftstoffstrom) 16 enthält, umfasst im Allgemeinen Verbindungen mit einer Kohlenstoffzahl von größer als etwa C15 und besitzt einen Siedepunkt von größer als etwa 250°C. Annähernd ein Drittel des zum Sieden gebrachten Dieselkraftstoffs verbleibt als Schwerkraftstoffstrom. Der Schwerkraftstoffstrom 16 kann zu einem Brenner 30 geführt werden, um eine Wärmezufuhr für die Verwendung durch den Reformer 20 und weitere Fahrzeugkomponenten zu erzeugen, während der Leichtkraftstoffdampfstrom 14 zu dem Reformer 20 für eine Verarbeitung zu einem Reformat 22 geführt werden kann.In order to obtain a fuel flow that can be fed to the reformer of a fuel cell system, the supply of diesel fuel is fractionally distilled. The diesel fuel is heated to a temperature sufficient to cause boiling, e.g. B. for some diesel fuels to a temperature of about 260 ° C. The diesel fuel can be heated electrically, for. B. with heat exchanger coils or by a stream of heated oil, coolant, process gases or the like. The heated diesel fuel boils, resulting in liquids and vapors discharged into two towers separating the liquids and vapors into fractions according to their weight and boiling points. The lighter fractions evaporate and rise to the top of the tower, where the fractions condense back to liquids and are collected, while the heavier fractions settle towards the bottom of the tower. Diesel fuel consists of compounds having a carbon number of about C 8 to about Co. In a fractional distillation, the distillate comprising the light fuel vapor fraction (or the light fuel stream) comprises 14 includes, in general, stable fuel vapors of the more volatile compounds having a carbon number of less than about C14 and has boiling points of less than about 250 ° C. Approximately two thirds of the boiled diesel fuel becomes the light fuel stream (ie, a light diesel fuel). The distillate containing the heavy fuel fraction (or the heavy fuel stream) 16 generally comprises compounds having a carbon number greater than about C 15 and has a boiling point greater than about 250 ° C. Almost a third of the boiled diesel fuel remains as a heavy fuel stream. The heavy fuel flow 16 can become a burner 30 be guided to a heat input for use by the reformer 20 and produce further vehicle components while the light fuel vapor stream 14 to the reformer 20 for processing into a reformat 22 can be performed.

Sobald der Dieselkraftstoff die Siedetemperatur erreicht hat, siedet der Dieselkraftstoff vorzugsweise über eine kontinuierliche Lieferung von Leichtkraftstoff weiter, um zu der nachgeschalteten Vorrichtung oder dem Reformer geliefert zu werden. Der Leichtkraftstoffdampfstrom 14 kann in einem Reformer 20 verarbeitet werden, der einen Dampfreformierungs-, einen partiellen Oxidations- oder einen trockenen Reformierungsprozess verwendet, um ein Reformat 22 zu erzeugen, wobei ein Dampfreformierungsprozess bevorzugt ist. Dampfreformierungssysteme verwenden einen Leichtkraftstoffstrom und Dampf (H2O), die in erhitzten Rohren, die mit Katalysatoren gefüllt sind, zur Reaktion gebracht werden, um die Kohlenwasserstoffe hauptsächlich in Wasserstoff und Kohlenmonoxid umzuwan deln. Ein Beispiel der Dampfreformierungsreaktion unter Verwendung von Methan als Brennstoff lautet wie folgt: CH4 + H2O → CO + 3H2 Once the diesel fuel has reached boiling temperature, the diesel fuel preferably continues to boil via a continuous supply of light fuel to be delivered to the downstream device or reformer. The light fuel vapor stream 14 can be in a reformer 20 be processed, which uses a steam reforming, a partial oxidation or a dry reforming process to a reformate 22 wherein a steam reforming process is preferred. Steam reforming systems use a light fuel stream and steam (H 2 O) reacted in heated tubes filled with catalysts to convert the hydrocarbons primarily to hydrogen and carbon monoxide. An example of the steam reforming reaction using methane as fuel is as follows: CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2

Reformer mit partieller Oxidation basieren auf einer unterstöchiometrischen Verbrennung, um die Temperaturen zu erreichen, die notwendig sind, um den Kohlenwasserstoff-Kraftstoff zu reformieren. Die Zerlegung des Kraftstoffs in hauptsächlich Wasserstoff und Kohlenmonoxid erfolgt durch thermische Reaktionen bei hohen Temperaturen von etwa 700°C bis etwa 1000°C. Die Wärme, die erforderlich ist, um die Reaktion voranzutreiben, wird typischerweise von einer Verbrennung eines Anteils des Brennstoffes geliefert. Katalysatoren wurden mit Systemen mit partieller Oxidation verwendet (katalytisch partielle Oxidation), um die Umwandlung von verschiedenen schwefelarmen Brennstoffen in Synthesegas zu begünstigen. Die Verwendung eines Katalysators kann in einer Beschleunigung der Reformierungsreaktionen resultieren und kann diese Wirkung bei niedrigeren Reaktionstemperaturen bereitstellen als jenen, die andernfalls bei Abwesenheit eines Katalysators erforderlich wären. Ein Beispiel der Reformierungsreaktion mit partieller Oxidation lautet wie folgt: CH4 + ½O2 → CO + 2H2 Partial oxidation reformers are based on substoichiometric combustion to achieve the temperatures necessary to reform the hydrocarbon fuel. The decomposition of the fuel into mainly hydrogen and carbon monoxide occurs by thermal reactions at high temperatures of about 700 ° C to about 1000 ° C. The heat required to drive the reaction is typically provided by combustion of a portion of the fuel. Catalysts have been used with partial oxidation systems (catalytic partial oxidation) to facilitate the conversion of various low-sulfur fuels into synthesis gas. The use of a catalyst may result in an acceleration of the reforming reactions and may provide this effect at lower reaction temperatures than those which would otherwise be required in the absence of a catalyst. An example of the partial oxidation reforming reaction is as follows: CH 4 + ½O 2 → CO + 2H 2

Die trockene Reformierung beinhaltet die Erzeugung von Wasserstoff und Kohlenmonoxid bei Abwesenheit von Wasser, z. B. durch Verwendung von Kohlenmonoxid. Ein Beispiel der trockenen Reformierungsreaktion ist in der folgenden Reaktion dargestellt: CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 The dry reforming involves the generation of hydrogen and carbon monoxide in the absence of water, e.g. B. by using carbon monoxide. An example of the dry reforming reaction is shown in the following reaction: CH 4 + CO 2 → 2CO + 2H 2

Sowohl die Dampfreformierung als auch die trockene Reformierung sind endotherme Prozesse, während die partielle Oxidation ein exothermer Prozess ist. Eine SOFC verwendet den Wasserstoff (d. h., das Reformat) und Kohlenmonoxid (CO) als Brennstoff.Both steam reforming and dry reforming are endothermic processes, while partial oxidation is an exothermic pro zess is. An SOFC uses the hydrogen (ie, the reformate) and carbon monoxide (CO) as fuel.

Ein Vorteil dieses Destillationsprozesses ist die Fähigkeit, handelsübliche oder militärische Dieselkraftstoffe zu verwenden. Diese Kraftstoffe sind im Allgemeinen schwierig zu reformieren, da die Kraftstoffe die Tendenz zeigen, dass sie sich vor einer vollständigen Verdampfung teilweise aufspalten. Die Tatsache, dass diese Kraftstoffe oft eine hohe Schwefelkonzentration aufweisen, ist ein weiteres Problem bei der Verwendung in einer Brennstoffzelle, da Schwefel ein Brennstoffzellengift ist. Dieser Prozess reformiert jedoch den leichteren Anteil des Dieselkraftstoffes, entfernt zumindest etwas von dem und vorzugsweise den gesamten Schwefel und nutzt optional den Schwerkraftstoff, um verschiedene Systemkomponenten zu erhitzen.One Advantage of this distillation process is the ability to commercial or military To use diesel fuels. These fuels are in general difficult to reform as fuels tend to that they are facing a complete Partially split evaporation. The fact that these fuels often have a high sulfur concentration, is another Problem with use in a fuel cell, as sulfur is a fuel cell poison. However, this process is reforming the lighter proportion of diesel fuel, at least slightly removed from that and preferably all of the sulfur and uses as an option the heavy fuel to heat various system components.

Meistens müssen handelsübliche Dieselkraftstoffe einer katalytischen Hydrierung unterzogen werden, und demgemäß kann der Leichtkraftstoffdampfstrom aus dem destillierten, einer katalytischen Hydrierung unterzogenen Dieselkraftstoff sogar geringere Konzentrationen von Schwefel im Vergleich mit einem Dieselkraftstoff aufweisen, der keiner katalytischen Hydrierung unterzogen wurde. Demzufolge ist es ideal, mit einer Brennstoffzelle handelsübliche Kraftstoffe zu verwenden, die einer katalytischen Hydrierung unterzogen wurden, da Schwefel eine Brennstoffzelle vergiften kann. Trotzdem ermöglicht die Verwendung des fraktionellen Destillationsprozesses die Verwendung einer Vielfalt von Kraftstoffen einschließlich Dieselkraftstoffen, die keiner katalytischen Hydrierung unterzogen wurden und die in Ländern der Dritten Welt möglicherweise einfacher verfügbar sind.Mostly have to commercial Diesel fuels undergo catalytic hydrogenation, and accordingly, the Light fuel vapor stream from the distilled, a catalytic hydrogenation diesel fuel even lower concentrations of Have sulfur in comparison with a diesel fuel, the was not subjected to catalytic hydrogenation. As a result, is it is ideal to use commercial fuels with a fuel cell which were subjected to a catalytic hydrogenation, since sulfur can poison a fuel cell. Nevertheless, the Use of the fractional distillation process the use a variety of fuels, including diesel fuels, which were subjected to catalytic hydrogenation and used in countries of the Third world possibly Easier available are.

Bei der fraktionellen Destillation handelsüblicher Dieselkraftstoffe ist das für die Brennstoffzelle verfügbare destillierte Reformat naturgemäß schwefelärmer im Vergleich mit einem Ansatz, bei dem der gesamte Kraftstoff durch die Anode strömt. Darüber hinaus sind andere Schadstoffe wie z. B. organometallische Verbindungen und polyaromatische Kohlenwasserstoffe in handelsüblichen Kraftstoffen ebenfalls vorhanden und können eine Brennstoffzelle verunreinigen. Durch Destillation des Dieselkraftstoffs in einen Leichtkraftstoffstrom und einen Schwerkraftstoffstrom werden diese Schadstoffe auf ähnliche Weise über den Schwerkraftstoffstrom entfernt. Dieses Verfahren zur Reformierung schwererer Kohlenwasserstoffkraftstoffe lässt das vollständige Mischen von Luft und/oder Dampfreaktanden zu und ist gegenüber einem Verrußen und einer Beschädigung der Brennstoffzellenkatalysatoren weit weniger anfällig.at fractional distillation of commercial diesel fuels that for the fuel cell available naturally distilled reformate low in sulfur Comparison with an approach in which all the fuel is through the anode flows. Furthermore are other pollutants such. B. organometallic compounds and polyaromatic hydrocarbons in commercial Fuels also exist and can contaminate a fuel cell. By distilling the diesel fuel into a light fuel stream and a flow of heavy fuel, these pollutants in a similar way on the Heavy fuel flow removed. This process of reforming heavier hydrocarbon fuels allows for complete mixing of Air and / or steam reactants to and is against a soot and Damage to the Fuel cell catalysts far less vulnerable.

Während die Erfindung in Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, wird für den Fachmann einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt sein können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Umfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die bestimmte Ausführungsform beschränkt sein, die als die beste Art offenbart ist, welche für die Ausführung der Erfindung in Erwägung gezogen wird, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen.While the Invention has been described with respect to an exemplary embodiment is for the It will be appreciated by those skilled in the art that various changes will be made can and elements thereof by equivalents can be replaced without departing from the scope of the invention. Furthermore can numerous modifications are made to a particular one Situation or material to adapt to the teaching of the invention, without deviate from the essential scope thereof. Therefore, the invention not on the specific embodiment limited which is revealed as the best kind, which for the execution of the Invention contemplated but the invention is intended to embrace all embodiments which fall within the scope of the appended claims.

Claims (11)

Dieselkraftstoffreformierungssystem, mit: einer Vorrichtung (10) für fraktionelle Destillation in Fluidverbindung mit einer Lieferung von Dieselkraftstoff (12), die die Lieferung von Dieselkraftstoff fraktionell destillieren kann, um einen Leichtkraftstoffstrom, der einen Siedepunkt von weniger als 250°C und stabile Kraftstoffdämpfe umfasst, die eine Kohlenstoffzahl von weniger als C14 aufweisen, und einen Schwerkraftstoffstrom zu erzeugen, der einen Siedepunkt von größer als 250°C besitzt und Verbindungen umfasst, die eine Kohlenstoffzahl von größer als C15 besitzen; und einem Reformer (20) in Fluidverbindung mit der Vorrichtung (10) für fraktionelle Destillation zur Reformierung des Leichtkraftstoffstroms, um ein zur Verwendung in einer Brennstoffzelle geeignetes Reformat zu erzeugen.Diesel fuel reforming system, comprising: a device ( 10 ) for fractional distillation in fluid communication with a supply of diesel fuel ( 12 ), which can fractionally distill the supply of diesel fuel to produce a light fuel stream having a boiling point of less than 250 ° C and stable fuel vapors having a carbon number less than C 14 , and a heavy fuel stream having a boiling point of greater having 250 ° C and comprising compounds having a carbon number greater than C 15 ; and a reformer ( 20 ) in fluid communication with the device ( 10 ) for fractional distillation to reform the light fuel stream to produce a reformate suitable for use in a fuel cell. Dieselkraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Brenner (30) in Fluidverbindung mit der Vorrichtung (10) für fraktionelle Destillation.A diesel fuel reforming system according to claim 1, further comprising a burner ( 30 ) in fluid communication with the device ( 10 ) for fractional distillation. Dieselkraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 1, wobei der Reformer (20) ein Dampfreformer ist.A diesel fuel reforming system according to claim 1, wherein the reformer ( 20 ) is a steam reformer. Brennstoffzellensystem mit einem Dieselkraftstoffreformierungssystem nach Anspruch 1 und einem Mittel zur Erzeugung von Elektrizität aus dem Reformat (22), wobei das Mittel zur Erzeugung von Elektrizität in Fluidverbindung mit dem Reformer angeordnet ist.A fuel cell system with a diesel fuel reforming system according to claim 1 and a means for generating electricity from the reformate ( 22 ), wherein the means for generating electricity is arranged in fluid communication with the reformer. System nach Anspruch 4, ferner mit einem Mittel zum Verbrennen (30) des Schwerkraftstoffstroms (16), das in Fluidverbindung mit der Vorrichtung (10) für fraktionelle Destillation angeordnet ist.A system according to claim 4, further comprising means for burning ( 30 ) of the heavy fuel stream ( 16 ) in fluid communication with the device ( 10 ) is arranged for fractional distillation. System nach Anspruch 4, wobei das Mittel zur Erzeugung von Elektrizität eine Brennstoffzelle ist.The system of claim 4, wherein the means for generating of electricity a fuel cell is. System nach Anspruch 6, wobei das Mittel zur Erzeugung von Elektrizität eine Festoxid-Brennstoffzelle ist.The system of claim 6, wherein the means for generating of electricity is a solid oxide fuel cell. Verfahren zur Verwendung eines Dieselkraftstoffreformierungssystems nach Anspruch 1, umfassend, dass: Dieselkraftstoff (12) an eine Vorrichtung (10) für fraktionelle Destillation geliefert wird; der Dieselkraftstoff (12) fraktionell destilliert wird, um einen Leichtkraftstoffstrom (14), der einen Siedepunkt von weniger als 250°C besitzt und stabile Kraftstoffdämpfe umfasst, die eine Kohlenstoffzahl von weniger als C14 besitzen, und einen Schwerkraftstoffstrom (16) zu erzeugen, der einen Siedepunkt von mehr als 250°C aufweist und stabile Kraftstoffdämpfe umfasst, die eine Kohlenstoffzahl von größer als C15 besitzen; und der Leichtkraftstoffstrom (14) in dem Reformer (20) reformiert wird, um ein Reformat (22) zu erzeugen.A method of using a diesel fuel reforming system according to claim 1, comprising: diesel fuel ( 12 ) to a device ( 10 ) for fractional distillation; the diesel fuel ( 12 ) is fractionally distilled to produce a light fuel stream ( 14 ) having a boiling point of less than 250 ° C and comprising stable fuel vapors having a carbon number less than C 14 and a heavy fuel stream ( 16 ) having a boiling point greater than 250 ° C and comprising stable fuel vapors having a carbon number greater than C 15 ; and the light fuel flow ( 14 ) in the reformer ( 20 ) to reform ( 22 ) to create. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass der Schwerkraftstoffstrom (16) in einem Brenner (30) verbrannt wird, um Wärmeenergie zu erzeugen.The method of claim 8, further comprising that the heavy fuel flow ( 16 ) in a burner ( 30 ) is burned to produce heat energy. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Reformer (20) ein Dampfreformer ist.Method according to claim 8, wherein the reformer ( 20 ) is a steam reformer. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend, dass das Reformat (22) in einem Brennstoffzellenstapel verwendet wird, um Elektrizität zu erzeugen.The method of claim 8, further comprising that the reformate ( 22 ) is used in a fuel cell stack to generate electricity.
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